Elementare Bogenphysik --- selbst geDacht

[simk]

Hallo Heidjer

Du fragst, was ich unter einem möglichst effizienten Bogen denn verstehe? Ich glaube, dass ich damit einen möglichst hohen Wirkungsgrad meine und zwar in dem Sinne, dass möglichst viel von der reingesteckten Energie auch auf den Pfeil übertragen und dort in kinetische Energie (Pfeilmasse * Geschwindigkeit) umgesetzt wird.

Wie ich blutiger Anfänger und Laie darauf komme, eine solche Frage zu stellen?: Als ich letztens im Bogenschützenhaus war, durfte da so ein zerbrechliches weibliches Geschöpf ihre ersten Schussübungen mit einem laminierten (Glasfaser) Recurvebogen machen...es wurde mir auch erklärt, dass ein solcher Bogen die Pfeile trotz geringer Zugkraft noch sehr gut wirft - viel besser eben als jeder Selfbow mit derselben Zugkraft und zwar weil die hineingesteckte Energie mit viel geringeren Verlusten wieder abgegeben und auf den Pfeil übertragen wird.

Ausserdem habe ich unlängst einen Bogenrohling hier präsentiert, bei welchem ich Recurves reingebogen hatte und wurde dann von Squid freundlich belehrt , dass davon bei Selfbows grundsätzlich abzuraten sei - trotz der geilen Optik (-;

Nun habe ich ein paar mal darüber geschlafen und bin für mich aus den bereits erwähnten Überlegungen zum Schluss gekommen, dass wohl das ELB-Design den besten Wirkungsgrad verspricht. Ein entsprechendes Projekt steht bei mir kurz vor der Fertigstellung...im Hinblick auf weitere Versuche und Projekte hätte mich einfach interessiert, welches Bodendesign die herrschende Lehre favorisiert.

Was ich letztlich möchte, ist ein Selfbow, mit welchem ich die Scheibe auf Distanz - sagen wir mal 30 Meter - möglichst sauber und zuverlässig treffe bei möglichst geringem Kraftaufwand...

Auch noch wünschenswert wäre natürlich ein weiches Auszugsverhalten, wobei ich denke, dass man dies am ehesten durch einen langen Bogen erreichen kann (?), was für mich auch wieder für den ELB spricht.

Also: Welcher Design-Typ bin ich?

Danke für Eure Geduld.

Simon

[Bowster]

Für mich ist ein effizienter Bogen, einer der es schafft viel Energie zu speichern, und gleichzeitig möglichst hochprozentig an den Pfeil weiter zu geben, im besten Fall verbunden mit viel Gutmütigkeit in der Handhabung, der ACS Bogen schafft diesen Spagat möglicherweise besser als alle anderen mir bekannten Bögen.

[Grünhorn]

servus Leute,

Je mehr Energie die man in den Auszug gesteckt hat, in Pfeilgeschwindigkeit übersetz wird desto effizienter, würd ich sagen. Natürluch muss man aufpassen und nicht gleich wieder Effizienz generell als das einzige Kriterium ansehen. Angenommen man muss extrem viel Energie in den Auszug setzen hat aber nur ein kleines Auszugszugsedgewicht dann kanso ein Bogen wenn er vielleicht zusätzlich ineffizient ist trotzdem viel besser sein als ein wahnsinnig effizienter Bogen der ein sehr hoher Endzuggewicht hat.

Aber soweit mir bekannt, gibts das nur bei Compoundbögen, dass das Endzuggewicht wieder runter geht und klein ist. yund die sind wohl zu allem Überfluß noch effizient.

Da Selfbows wohl alle MONOTON STEIGENDE Auszugskurven haben ist hier die beste möglichkeit viel Energie bei gegebenen Endauszugsgewicht und Auszugslänge in den Bogen reinzubringen, dass die Kurve erst ganz steil ansteigt und dann flach wird. So wie Blacky das bei seinem Alien bis 24" Zoll hat.

Den Wirkungsgrad (Effizienz wenn man so will) auszurechnen wie hier oben beschrieben wenn die Pfeilgeschwindigkeit bekannt ist ist trivial. Was alles andere als trivial ist ist wohl auszurechnen warum der Wirkungsgrad bei einem Bogen so ist wie er ist. Das geht nicht allein auf der Basis der Auszugskurve.

[Grünhorn]

In diesem Sinne könnte man auch durchaus alternativ definieren, dass ein effizienter Bogen einer ist der das beste Verhältnis aus Pfeilgeschwindigkeit zu Endauszugsgewicht hat.

Nun wieder etwas Mathe: Wenn man nun davon ausgeht dass alle Selfbows ( vielleicht der ideale Hollow-Limb nicht ) monotone Auszugskurven haben (Kraft wird nie kleiner mit steigendem Auszug), was ist unter diesen Bedingungen die ideale Auszugskurve, und darunter sollen wir jetz nur die verstehen, die am meisten Energie bei gegebenem Endzuggewicht speichert?

Antwort ist: Eine Rechteckskurve! Sie speichert genau doppelt do viel Energie wie die lineare Kurve bei gleichem Maximalauszugsgewicht. Sie ist natürlich nur ideal wird also in der Realität wohl nie erreicht. Aber wenn man weiss wue sie aussieht weiss man auch was man möglichst anstreben soll.

[simk]

Also:

Wir möchten offenbar alle DEN Selfbow mit dem grössten Wirkungsgrad.

Wie sieht nun das Design dafür aus?

Müsstet ihr doch wissen.

Gruss

[Spanmacher]

Mir liegt nichts daran, jemandem in die Suppe zu spucken. Ehrlich.

Aber ich behalte es so bei, mir einen Stave zur Hand zu nehmen und ihn anzuschauen.
Dann lege ich ihn beiseite und denke nach. Im Anschluss daran schaue ich, wie die Jahrringe angeordnet sind und wie die Stärken und Schwächen des Holzes beschaffen sein mögen. Manchmal fluche ich auch darüber, das ich den Stamm falsch gespaltet habe.

Weiterhin versuche ich, mit Hilfe einer Schnur den besten Kompromiss zwischen Stave und Sehnenlage zu finden. Wenn ich beim Spalten keinen Mist gebaut habe, dann ist das leicht.

Danach zeichne ich den Grundriss des Bogens auf den Rücken, um auch diesen nochmals zu prüfen.

Und dann geht es los mit Axt, Zugmesser, Raspel, Feile, Schweifhobel und/oder Ziehklinge. Nach dem Einschießen weiß ich, ob der Bogen

- hält
- schnell ist
- oder eher gemütlich schießt.

Ausgerechnet habe ich das noch nie. Das hängt allerdings direkt damit zusammen, dass ich dazu nicht in der Lage bin. Das oben Beschriebene kann ich aber inzwischen ganz ordentlich.

Spanmacher

[smergol12]

Das beste Design

Das kommt auf die Holzart an

Es gibt nicht ein bestes Design da zu viele verschiedene Faktoren des Holzes dies beeinflussen
Da muss man von Holzart zu Holzart unterscheiden
darum gibt es ja verschiedene Designs je nach Holz
grüsse

[Wulfilas]

Bogenphysik ist NICHT elementar. Vieles auch schon ansatzweise durchgekaut, wie in Gallis Link. Wie irgendwo erwähnt, ist für jeden der perfekte Bogen ein anderer. Bitte hört auf hier mit Formeln herum zu werfen (das liest sich teilweise wie eine Diskussion von Blinden über Farben, sorry). Selbst wenn dabei nach 10000 Jahren Bogenbau etwas neues heraus käme, kann das ohnehin niemand 1:1 ins Holz hier umsetzen, denn das Holz liest sich erst beim Bau und Anfassen. Es bringt nix wenn man ein "effizientes Design" sich ausgerechnet hat und dann keine Übung mit dem Zugmesser hat.
Also geht Späne machen

[ralfmcghee]

Aber ich behalte es so bei, mir einen Stave zur Hand zu nehmen und ihn anzuschauen.
Dann lege ich ihn beiseite und denke nach. Im Anschluss daran schaue ich, wie die Jahrringe angeordnet sind und wie die Stärken und Schwächen des Holzes beschaffen sein mögen. Manchmal fluche ich auch darüber, das ich den Stamm falsch gespaltet habe.

Da bin ich so was von bei Dir.

Das oben Beschriebene kann ich aber inzwischen ganz ordentlich.

Hier leider noch nicht, aber theoretisch arbeite ich daran.

[Heidjer]

@ Simon, nach der Beschreibung kommt ELB-Typ schon ganz gut hin.

Der ELB ist für mich schon ein effizienter Bogen, vor allem wegen dem geringen Aufwand bei der Herstellung, wenn man denn geeignete Staves hat und man erfahrener Bogenbauer ist.
Er hat eine fast lineare Auszugskurve und damit eine eher niedrige bis mittlere Energiespeicherung aber einen recht brauchbaren Wirkungsgrad, einen "weichen" Auszug hat er darum auch nicht unbedingt, aber er läßt sich auf Grund der Bogen- und Sehnenlänge recht angenehm ausziehen, ein Geschwindigkeitswunder ist der ELB aber nicht, eher ein "Arbeitstier" das zudem mit recht unterschiedlichen Pfeilgewichten zurecht kommt.

Wenn ein weicher Auszug und ein hoher Wirkungsgrad Dein Wunsch ist, dann schau mal nach den Flitzebagen vom Wilfrid, sie ziehen sich wegen der geringen Vorspannung sehr angenehm und sie haben einen erstaunlich hohen Wirkungsgrad, nur sie speichern auch nur sehr wenig Energie die sie aber dafür sehr gut auf den Pfeil übertragen, aber auch sie sind keine Speedmonster.

@ Grünhorn, Compoundbögen sind, für mich, mit die ineffizientesten Bögen überhaupt, sie kosten ein Vermögen und haben im besten Fall einen Wirkungsgrad der mal gerade an einen durchschnittlichen Selfbogen heran kommt.


Gruß Dirk

[Grünhorn]

So und nachdem das Echo so vielfältig ist eine Formel für die maximal mögliche Pfeilgeschwindigkeit eines Compoundbogens mit dynamischem Auszug Ad und maximaler Auszugskraft x während des Auszugs.

Es gibt keine Auszugskurve bei gegebener Maximalauszugskraft die zu mehr Energiespeicherung führt als die Rechteckskurve. Die potentielle Energie beträgt bei dieser genau das doppelte von der des linearen Auszugs, also:

Epot = Ad * x * 0.1130 Nm.

Die kinetische Energie des Pfeils (ausserdem sind wir auch, vorläufig, hier noch brav und benutzen 10 gppd Pfeile (Pound bezieht sich hier allerdings aus das Maximum der Auszugskraft in der Kurve)) ist wie oben gehabt:

Ekin = (1/2) * x *10 * v2 * 6.020 * 10-6 Nm

Den Wirkungsgrad setzten wir auf 1, denn wir wollen ja wissen was eine Obergrenze der Pfeilgeschwindigkeit des schnellstmöglichen Bogens überhaupt sein kann.

Damit ergibt sich der Ansatz:

w = Ekin / Epot = 2.664 * 10-4 v2/Ad = 1

Daraus ergibt sich:

vmax < 61.26 (w * Ad)1/2

Das ist lediglich um einen Faktor "Wurzel(2)", also 1.41... mehr als beim linearen Gesetz (wie vielleicht beim herkömmlichen ELB)! Interessant!!

Wir brauchen also nur die alten Werte mit 1.41 multiplizieren! Dh. für 23'' dynamischen Auszug und 10gppd (nach obiger Definition) kann der auch niemals mehr als 294 fps!

Allerdings muss man wohl bedenken, dass man wohl während es Auszugs leicht mal übermässige Kräfte "wuppen" kann wenns hinten raus wieder (viel) leichter wird.

Zu vermuten ist, dass übermässige Speed bei Compoundbögen wohl auch von niedrigem Pfeilgewichten stammt die diese vertragen (maximale Effizienz immer vorausgesetzt).


P.S.: "Elementare Bogenphysik" heisst nicht dass Bogenphysik elementar ist, sondern nur dass hier elementare Aspekte der Bogenphysik behandelt werden sollen. Diese gibt es. Siehe oben. Es gibt keinen Lesezwang und Physik steht im Titel damit alle gewarnt sind dass hier Formeln kommen. Um Physik selber kommt man im Bogenbau nicht herum, sei es nur dass man alles aus Erfahrung und Gefühl macht wie unsere Vorfahren vor zig Tausenden Jahren. Der Unterschied ist allerdings, dass wir nun in der Lage sind auch zu VERSTEHEN was wir tun. Und warum nicht das Hirn gebrauchen wenn wirs schon haben. Wär doch schad drum ;-) In postfaktischen Zeiten schaden solche Überlegungen sicher nicht.

Dirks Überlegung zur Effizienz entbehrt nicht einer gewissen Logik. Auch Effizienz ist nur ein Wort das erst per Definition zu einem eindeutigen Begriff werden kann. Die Definition kann jeder für sich selber überlegen.

[ralfmcghee]

Der letzte Absatz hat mich dazu animiert, eine Definition des Begriffs Effizienz in Wikipedia zu suchen. Dort versteht man im Sinne des Kontextes des Threads den Wirkungsgrad. Kurz gesagt:

Effizienz = Nutzenergie geteilt durch aufgewendete Energie

Wenn ich einen effizienten Bogen will, muss ich also nach dem Maximalprinzip bei gegebener Energiespeicherung möglichst viel Energie an den Pfeil abgeben können oder nach dem Minimalprinzip bei gegebener Energieabgabe an den Pfeil möglichst wenig Energie in den Bogen eingeben, was in diesem Pfeil bedeutet, dass der Bogen sich leicht und weich ziehen lässt. Ein Optimalprinzip (möglichst viel Energieabgabe an den Pfeil bei möglichst wenig Energiespeicherung im Bogen) gibt es ja nicht.

Wenn ich das nun richtig verstanden habe, hat sich auch meine Frage aus meinem letzten Beitrag beantwortet. Ich fürchte, von einem effizienten Bogen bin ich noch ganz weit weg.

Ein großes Kompliment an alle: Ich finde diesen Thread neben vielen anderen wieder einmal hervorragend: Ob mathematisch versiert oder nicht - hier kann man wieder viel über Bogenphysik und Bogentheorie lernen.

[simk]

Guten Morgen

Ihr redet um den heissen Brei herum, versteckt Euch hinter Formeln und sucht Ausflüchte bei der Holzart und den individuellen Eigenheiten des jeweiligen Staves.

Es muss (wie schon gesagt: unabhängig von der Holzart und vom konkreten Stave) einen idealisierten Bogen für grösstmögliche Effizienz (Wirkungsgrad) geben.

Ich frage daher nochmals: Wie sieht dieser designmässig aus?

[Ich denke, Ihr wisst es alle, wollt dieses Geheimwissen aber wohl nicht teilen...]

Vor allem stellt sich die Frage, ob man dazu im Profil eher einen Flachbogen oder ein D-Profil wählt. Ferner könnte es eine Rolle spielen, ob der Griff mitbiegt oder nicht.

Ich tippe auf auf D-Profil mit mitbiegendem Griff.

Gruss

Simon

[Galighenna]

Also ich baue die Dinge ja auch grundsätzlich nach Gefühl und Erfahrung. Das ist auch die einzige Methode mit der man aus einem Stück Holz einen guten funktionierenden Bogen bauen kann. Tatsächlich rechnen lässt sich an einem Viertelstamm nämlich mit herkömmlichen Methoden ziemlich wenig.

Nichtsdestotrotz bringt einem eine physikalische/mathematische Betrachtung der Zusammenhänge zwischen Zugkraft, Geometrie und den verschiedenen beteiligten Massen ein tieferes Verständnis davon wie so ein Bogen grundlegend funktioniert. Diese Betrachtungen gelten ja nicht nur für einfache Stanbförmige Bögen, sondern genauso auch für kurze Horn-Sehne Komposits oder für Recurves.
Sie alle funktionieren nach dem allgemeinen Prinzip: "eine gewinkelte Schnur wird durch eine Bewegung der beiden Enden nach Außen gestrafft"

Die Unterschiede in der Wurfleistung ergeben sich dabei aus verschiedenen Gegebenheiten:

1.) Verschiedene Dinge steigern die Effizienz, damit den Wirkungsgrad. Bei gegebener Zugkraft steigt die Pfeilgeschwindigkeit

2.) Bestimmte Bauformen erhöhen die im System gespeicherte Energie. Der 08/15 Bogen hat im allgemeinen einen recht linearen Verlauf der Zugkraftzunahme. Recurves und insbesondere die Compound-Bauformen sind in der Lage darüber hinaus Energie zu speichern. Die Zugkraft Kurve wird nach oben hin bauchig. Dies sagt allerdings nichts über die Effizienz des Bogens aus und damit auch nicht ob der Bogen einen Pfeil schneller oder langsamer wirft. Besonders die Compounds werden mit sehr leichten Pfeilen geschossen. Das allein sorgt schon für einen sehr miesen Wirkungsgrad. Hinzu kommt eine um ein vielfaches längere und damit vergleichsweise schwere Sehne, sowie umlenkrollen etc.
Der einzige Grund warum die Dinger so wahnsinnig schnell werfen ist ihre im Vergleich zur Haltekraft anderer Bögen enorm große Energiespeicherung in Verbindung mit extrem leichten Pfeilen.

So gesehen sind wir mit unseren Selfbows tatsächlich unheimlich gut, was die Effizienz betrifft. Will man das nun halt auf die Spitze treiben, muss man verstehen an welcher Stelle die "schlimmsten" Wirkungsgrad-Killer lauern.

Meine Meinung: In der Mitte der Sehne unbedingt Gewicht sparen, Ergo: keine Mittelwicklung, Nockpunkt nur mit Farbe oder Faden, so wenig Stränge wie möglich, möglichst undehnbares Sehnengarn verwenden.

Als nächste Ebene der Optimierung muss man dafür sorgen, das sich möglichst wenig Holz im Bogen möglichst wenig bewegt. Mit Bewegung von Holz meine ich nicht das vor und zurück bewegen der Wurfarme, sondern die interne Bewegung durch Strecken und Kompression. Die Interne Bewegung von Holzfasern die gegeneinander reiben nimmt Energie für sich in Anspruch, was dem Wirkungsgrad abträglich ist. Als Beispiel könnte hier ein Gummiband dienen. Die beim ziehen eingebrachte Energie wird beim Loslassen nur zu 40% wieder in Bewegungsenergie umgewandelt.
In dieser Ebene müsste man nun ein Design finden, dessen Wurfarme möglichst geringe innere Bewegung vollführen, gleichzeitig dürfen die Festigkeiten des Materials nicht überschritten werden.
DAS ist die wahre Herausforderung des Bogenbaus und hier bietet sich das volle Spektrum der verschiedenen Designs. Laminierte, Komposits, Pyramidal, ELB etc. Alle haben ihre speziellen Eigenheiten.

[simk]

Hallo Galighenna

Du schreibst: "Laminierte, Komposits, Pyramidal, ELB etc. Alle haben ihre speziellen Eigenheiten"

Lassen wir die Sehne und die speziellen Eigenheiten, die Laminierten und die Komposits - und wie schon gesagt die Holzart- mal beiseite und Fragen uns nur:

Welches Design hat im übrigen den grössten Wirkungsgrad?

Gruss

Simon